基于数据错误和丢失原因的水下传感器网络可靠传输研究

Underwater wireless sensor network has unique characters, such as low bandwidth, hight proprogation delay, high error rate，energy constrained and so on. In such unique and conplex environment, how to guarantee the reliable transmission is a tough research problem. In the research project , we will study from the reasons of packet loss and packet error.In fact, one of the major reasons is that the channel changes with time and space.Even though, previous research has investigated some of channel characters and proposed many ideas about it. There is no general theory which we can take advantage. In this research project, we will use some information theory and experimental data to do the analysis and draw the general conclusion about channel changes.The conclusion will guide us to design the algorithms to improve the reliable data transmission.In addition, we will investigate another major reason, network congestion. Based on the current research achivement, we will find an approach to deal with congestion efficiently.Hopefully, the our research achievement will improve the development of underwater wireless sensor networks.

水下传感器网络与陆地传感器网络有着很多不同。通信传播延迟高、误码率高、带宽有限、能量有限、连通性差、节点移动和失效现象频繁。在恶劣而复杂的水下环境中，如何能够保证可靠传输，一直以来都是研究难题。在对丢失和错误数据进行恢复的同时，更应重视主要原因。本研究课题将参照前期链路状况的研究结果和数据，利用各种理论方法，归纳总结出一套能准确描述、预测水下传感器网络链路状况随时空变化的规律，并借助网络编码、FEC-ARQ混合算法、多路径传输等技术手段，提高数据传输可靠性。此外，本研究课题还将对影响可靠传输的另一个重要原因：网络拥塞进行研究。对现有研究成果进行改进。最终提出一套适合水下传感器网络的拥塞控制机制，提高传输质量。为水下传感器网络的大规律推广和应用提供必要的技术支持和方法。

水下传感器网络通信环境恶劣而复杂，保证可靠传输，一直是研究难题。本研究课题从多方面研究影响传输质量因素和如何提高传输质量, 依据项目计划，取得以下成果:. (1).构建以分布式路由协议为依托的、适用于大规模网络的可靠中间件，有效应对节点失效与移动问题，保证在极端条件下的可靠传输。. (2).研究基于位置信息三维立体可靠数据传输。在二维空间中利用跨层协议思想，引入加权移动平均线方法和指数平移法进行链路状态预测，避开状态差的链路，择优选路，保证可靠传输。在垂直方向上，利用线性规划方法将水面sink节点进行优化部署，提高传输质量和能量利用率。. (3).改进传统TCP协议在无线网络中辨别数据丢失原因的不准确性，提出能够准确判别数据丢失原因的、以时间序列为主导的拥塞控制协议，提高无线网络传输可靠性。. (4).以RTT为主导网络参数研究，首次提出了在不同网络负载下RTT遵循的分布规律，为更有效地研究无线网络中的拥塞控制奠定基础。. (5).总结网络编码的应用，尤其是在提高传输可靠性方面的重要作用。.此外，还取得研究计划外的以下成果：. (1).为了应对某一特定的数据中心网络出现单一连接失效和服务失效时对于所有服务的快速保护，本课题用服务路由和保护的方式降低网络开销从而优化数据中心网络布局。. (2).为了保证数据中心网络规模性，提出了一个适用于大规模数据中心网络框架结构，该框架结构基于光网络交换和互联，交换机和服务器支架分布在整个给定的光网络上。通过均衡多个相斥的因素，提出了线性规划和启发式算法相结合的方案，降低系统开销，保证了规模性，也满足了各项网络服务要求。. (3).利用线性规划方法提出了数据中心网络物理机器布放的优化策略。. (4).对各种针对于移动设备操作系统的恶意攻击进行了系统的分析和总结，同时也对相应的安全防范措施进行了讨论。